Entzündungsmodelle und Immundiagnostik

Projekte

Etablierung eines Modells für die chronische Nieren­insuffizienz (CKD)

Histologische Übersichts­färbung (HE) von Nieren. Aa und Ab gesunde Tiere. Ba und Bb Tiere mit einer induzierten CKD
© Fraunhofer IZI

Histologische Übersichts­färbung (HE) von Nieren. Aa und Ab gesunde Tiere. Ba und Bb Tiere mit einer induzierten CKD.

Von Kossa-Färbung an Aorten­querschnitten. Aa und Ab gesunde Tiere. Ba und Bb Tiere mit einer induzierten CKD
© Fraunhofer IZI

Von Kossa-Färbung an Aorten­querschnitten. Aa und Ab gesunde Tiere. Ba und Bb Tiere mit einer induzierten CKD.

Die chronische Niereninsuffizienz (Chronic Kidney Disease, CKD) ist der progrediente, nicht reversible Verlust der glomerulären, funktionalen Einheiten des renalen Organs. Weltweit überleben ≥ 2 Millionen Menschen nur mittels der Nierenersatztherapien, wobei diese Ziffer lediglich zehn Prozent aller CKD-Patienten im finalen Stadium, deren Nieren ersetzt werden müssten, entspricht. Die Ver­zögerung der Progression vom CKD-Stadium I-II/IV zum finalen Stadium G V/A III mittels medikamentöser oder diätetischer Therapien ist somit aus ethischer und wirtschaftlicher Perspektive weltweit relevant. Die Wirksamkeit bzw. Sicherheit dieser Therapien muss durch ein In-vivo-Modell geprüft werden. Ein solches Modell für eine letale oder moderate Niereninsuffi­zienz wurde am Fraunhofer IZI etabliert.

Sechs Monate alten WISTAR-Ratten wurden verschiedene Konzentrationen Adenin intraperitoneal über mehrere Wochen injiziert. Dieses Injektionsmodell ist weitaus weniger belastend für das einzelne Versuchstier, als andere, ähnliche Modelle für diese Indikation.

Es konnten mehrere Pathologien im Modell hervorgerufen werden, die ähnlich einer chronischen Niereninsuffizienz im Patienten sind. Je nach Adeninkonzentration konnten Symptome ähnlich des finalen Stadiums im Menschen hervor­gerufen werden. Es war jedoch auch möglich nur eine moderate Niereninsuffizienz (ähnlich Stadium 3) zu induzieren. In diesem Zusammenhang konnten neue bildgebende Ver­fahren entwickelt, sowie erste diätische Therapieansätze untersucht werden.

In diesem etablierten Modell ist es nun möglich, verschiedene medikamentöse oder diätische Ansätze zu überprüfen und damit CKD-Patienten zu helfen.

Etablierung und Charakterisierung eines humanisierten Mausmodells

erste Stufe des Auftrennprozesses der Dichtegradienten-Zentrifugation
© Fraunhofer IZI

Die humanen Stammzellen werden aus Nabelschnurblut gewonnen. Dafür muss das Blut über Dichtegradienten-Zentrifugation aufgetrennt werden. Im Bild sieht man die erste Stufe dieses Auftrennprozesses.

Tiermodelle sind seit Jahrzehnten ein wichtiges Werkzeug der biomedizinischen Forschung. Zum einen finden Tiermodelle in der Grundlagenforschung Anwendung, zum anderen dienen sie auch der Testung neuer Therapeutika und sind hier aus ethischen Gründen nicht mehr wegzudenken. Nichtsdesto­trotz kommt es häufig vor, dass sich die im Tiermodell gefundenen Sachverhalte nicht auf die Situation im Menschen übertragen lassen. So treten beispielsweise gravierende Nebenwirkungen eines Medikaments in der klinischen Testphase auf, obwohl im Tierversuch diese Neben­wirkungen nicht abzusehen waren. In weniger tragischen Fällen gibt es schlichtweg einen Unterschied zwischen dem krankheitsverursachenden Pathomechanismus im Tiermodell und dem tatsächlichen Pathomechanismus im Menschen. Aus dem Wunsch diese Unzulänglichkeiten zu beheben, ergab sich in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts das Konzept der humanisierten Maus. Bei diesem Tiermodell steht der Gedanke der Erschaffung eines humanen Immunsystems im Laborformat im Vordergrund.

Sehr gute Ergebnisse in Bezug auf das Anwachsen eines humanen Stammzelltransplantats werden aktuell mit dem Mausstamm der NOD-scid Il2r-gamma-0-Linie erreicht. Diese Tiere sind höchstgradig immundefizient. Daraus resultiert eine verminderte Reaktionsmöglichkeit der Maus auf die humanen Stammzellen. Somit ist eine Transplantatabstoßung unwahrscheinlich. Darüber hinaus entwickelt sich aus den Stamm­zellen, die in der Regel aus Nabelschnurblut ge­wonnen werden, ein funktionelles menschliches Immunsystem in der Maus.

Um zu verifizieren, ob es sich bei den vorhandenen humanen Zellen tatsächlich um funktionelle Zellen handelt, werden verschiedene Parameter bestimmt. Dabei konnten verschiedene aktivierte Immunzellen detektiert werden. Weiterhin können humane Zytokine und Antikörper nachgewiesen werden. So eröffnet die humanisierte Maus ein breites Forschungsspek­trum und kann zum einen für die Forschung maligner Tumor­erkrankungen, Infektionen durch HIV oder Dengue-Virus, aber auch zum Erkenntnisgewinn in Krankheitsbildern wie einer Sepsis beitragen. Auch wenn die Etablierung des Modells eine umfangreiche und von verschiedenen Variablen abhängige Prozedur darstellt, bietet sie eine ausgezeichnete Möglichkeit einen Schritt näher an die Erforschung mensch­licher Krankheitsprozesse heranzutreten und wird durch ihren Einsatz in verschiedenen Themengebieten Licht ins Dunkel bringen.

Medikamentenanalyse zur Therapie des Knorpelabbaus bei rheumatoider Arthritis

Dichte zelluläre Infiltration entzündeter Gelenke bei kollageninduzierter Arthritis der Maus
© Fraunhofer IZI

Dichte zelluläre Infiltration entzündeter Gelenke bei kollageninduzierter Arthritis der Maus.

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Die rheumatoide Arthritis (RA) ist die häufigste entzündliche und für den Patienten sehr schmerzhafte Erkrankung der Gelenke. Die primäre Therapie besteht zurzeit aus der Behandlung der Entzündungserscheinungen (z.B. beim Einsatz sogenannter TNF-Blocker). Es ist bei diesem Krankheitsbild aber von einer autoimmunen Ursache auszugehen, bei der körpereigene Substanzen wie Gelenkknorpel und Zellen des Immunsystems angegriffen werden. Nicht geklärt ist bisher die Art und Weise, wie die zum Wesen des Rheumas gehörende Knorpeldestruktion aufgehalten oder gar rückgängig gemacht und damit die RA vollständig therapiert werden kann. Neben bereits existierenden Tiermodellen und entsprechenden Untersuchungen kann das Fraunhofer IZI einen In-vitro-Untersuchungsansatz offerieren. Hierbei werden die antidestruktiven Wirkmechanismen und Aktivitätsgrade von RA-Medikamenten direkt an menschlichen Zellen im Reagenzglas beobachtet. Das gezielte Wirkstoff-Screening verspricht mittelfristig die Identifizierung optimierter Therapeutika.